Forholdet mellem grafit og halvleder

Det er meget unøjagtigt at sige, at grafit er en halvleder. Inden for nogle frontlinjeforskningsområder hører kulstofmaterialer såsom kulstofnanorør, kulstofmolekylsigtefilm og diamantlignende kulstoffilm (hvoraf de fleste har nogle vigtige halvlederegenskaber under visse forhold) tilgrafitmaterialer, men deres mikrostruktur er væsentligt forskellig fra den typiske lagdelte grafitstruktur.

I grafit er der fire elektroner i det yderste lag af kulstofatomer, hvoraf tre danner kovalente bindinger med elektronerne fra andre kulstofatomer, således at hvert kulstofatom har tre elektroner til at danne kovalente bindinger, og det resterende kaldes π-elektroner. Disse π-elektroner bevæger sig nogenlunde frit i rummet mellem lagene, og grafits ledningsevne afhænger hovedsageligt af disse π-elektroner. Gennem kemiske metoder svækkes ledningsevnen, efter at kulstoffet i grafit er omdannet til et stabilt element, såsom kuldioxid. Hvis grafitten oxideres, vil disse π-elektroner danne kovalente bindinger med elektronerne fra iltatomer, så de ikke længere kan bevæge sig frit, og ledningsevnen vil blive kraftigt reduceret. Dette er det ledende princip forgrafitleder.

Halvlederindustrien består hovedsageligt af integrerede kredsløb, optoelektronik, separatorer og sensorer. Nye halvledermaterialer skal følge mange love for at erstatte traditionelle siliciummaterialer og vinde markedsanerkendelse. Fotoelektrisk effekt og Hall-effekt er de to vigtigste love i dag. Forskere observerede den kvante Hall-effekt af grafen ved stuetemperatur og fandt ud af, at grafen ikke vil producere tilbagespredning efter at have mødt urenheder, hvilket indikerer, at den har superledende egenskaber. Derudover er grafen næsten gennemsigtig med det blotte øje og har meget høj gennemsigtighed. Grafen har fremragende optiske egenskaber og vil ændre sig med sin tykkelse. Den er velegnet til anvendelse inden for optoelektronik. Grafen har mange fremragende egenskaber og vil blive brugt på mange områder, såsom skærme, kondensatorer, sensorer osv.